Periodiska systemet hur kemiska grundämnen läses. Namn på kemiska grundämnen

Hur använder man det periodiska systemet? För en oinvigd person är att läsa det periodiska systemet detsamma som att titta på de gamla runorna av alver för en dvärg. Och det periodiska systemet kan berätta mycket om världen.

Förutom att tjäna dig i provet är det också helt enkelt oumbärligt för att lösa ett stort antal kemiska och fysiska problem. Men hur läser man det? Lyckligtvis kan alla idag lära sig denna konst. I den här artikeln kommer vi att berätta hur du förstår det periodiska systemet.

Det periodiska systemet av kemiska element (Mendeleevs tabell) är en klassificering av kemiska element som fastställer beroendet av olika egenskaper hos element på laddningen av atomkärnan.

Historien om skapandet av tabellen

Dmitri Ivanovich Mendeleev var ingen enkel kemist, om någon tror det. Han var kemist, fysiker, geolog, metrolog, ekolog, ekonom, oljeman, aeronaut, instrumentmakare och lärare. Under sitt liv lyckades forskaren bedriva mycket grundläggande forskning inom olika kunskapsområden. Till exempel är det allmänt trott att det var Mendeleev som beräknade den ideala styrkan hos vodka - 40 grader.

Vi vet inte hur Mendeleev behandlade vodka, men det är säkert känt att hans avhandling om ämnet "Diskurs om kombinationen av alkohol med vatten" inte hade något att göra med vodka och ansåg alkoholkoncentrationer från 70 grader. Med vetenskapsmannens alla förtjänster gav upptäckten av den periodiska lagen för kemiska element - en av naturens grundläggande lagar, honom den största berömmelsen.

Det finns en legend enligt vilken vetenskapsmannen drömde om det periodiska systemet, varefter han bara behövde slutföra idén som hade dykt upp. Men om allt var så enkelt .. Denna version av skapandet av det periodiska systemet är tydligen inget annat än en legend. På frågan hur bordet öppnades svarade Dmitry Ivanovich själv: " Jag har tänkt på det i kanske tjugo år, och du tänker: Jag satt och plötsligt ... det är klart. ”

I mitten av artonhundratalet gjordes samtidigt försök att effektivisera de kända kemiska grundämnena (63 grundämnen var kända) av flera vetenskapsmän. Till exempel, 1862 placerade Alexandre Émile Chancourtois elementen längs en helix och noterade den cykliska upprepningen av kemiska egenskaper.

Kemisten och musikern John Alexander Newlands föreslog sin version av det periodiska systemet 1866. Ett intressant faktum är att i arrangemanget av elementen försökte vetenskapsmannen upptäcka någon mystisk musikalisk harmoni. Bland andra försök var Mendeleevs försök, som kröntes med framgång.

År 1869 publicerades det första schemat i tabellen, och dagen den 1 mars 1869 anses vara dagen för upptäckten av den periodiska lagen. Kärnan i Mendeleevs upptäckt var att egenskaperna hos element med ökande atommassa inte förändras monotont, utan periodiskt.

Den första versionen av tabellen innehöll bara 63 element, men Mendeleev fattade ett antal mycket icke-standardiserade beslut. Så han gissade att lämna en plats i tabellen för ännu oupptäckta element, och ändrade också atommassorna för vissa element. Den grundläggande riktigheten av lagen som härleddes av Mendeleev bekräftades mycket snart efter upptäckten av gallium, scandium och germanium, vars existens förutspåddes av forskare.

Modern syn på det periodiska systemet

Nedan är själva tabellen.

Idag, istället för atomvikt (atommassa), används begreppet atomnummer (antal protoner i kärnan) för att ordna grundämnen. Tabellen innehåller 120 element, som är ordnade från vänster till höger i stigande ordning efter atomnummer (antal protoner)

Tabellens kolumner är så kallade grupper, och raderna är perioder. Det finns 18 grupper och 8 perioder i tabellen.

1. De metalliska egenskaperna hos element minskar när de rör sig längs perioden från vänster till höger och ökar i motsatt riktning.
2. Atomernas dimensioner minskar när de rör sig från vänster till höger längs perioderna.
3. När man rör sig från topp till botten i gruppen ökar de reducerande metalliska egenskaperna.
4. Oxiderande och icke-metalliska egenskaper ökar under perioden från vänster till höger.

Vad lär vi oss om elementet från tabellen? Låt oss till exempel ta det tredje elementet i tabellen - litium, och överväga det i detalj.

Först och främst ser vi symbolen för själva elementet och dess namn under det. I det övre vänstra hörnet finns grundämnets atomnummer, i den ordning som grundämnet är placerat i tabellen. Atomnumret, som redan nämnts, är lika med antalet protoner i kärnan. Antalet positiva protoner är vanligtvis lika med antalet negativa elektroner i en atom (med undantag för isotoper).

Atommassan anges under atomnumret (i denna version av tabellen). Om vi ​​avrundar atommassan till närmaste heltal får vi det så kallade masstalet. Skillnaden mellan masstalet och atomnumret ger antalet neutroner i kärnan. Således är antalet neutroner i en heliumkärna två, och i litium - fyra.

Så vår kurs "Mendeleevs bord för dummies" har avslutats. Sammanfattningsvis inbjuder vi dig att titta på en tematisk video, och vi hoppas att frågan om hur man använder Mendeleevs periodiska system har blivit tydligare för dig. Vi påminner dig om att det alltid är mer effektivt att lära sig ett nytt ämne, inte enbart, utan med hjälp av en erfaren mentor. Därför ska du aldrig glömma studenttjänsten som gärna delar med dig av sina kunskaper och erfarenheter.

Efter syre kiselär det vanligaste grundämnet i jordskorpan. Den har 2 stabila isotoper: 28 Si, 29 Si, 30 Si. Kisel finns inte i fri form i naturen.

De vanligaste är: salter av kiselsyror och kiseloxid (kiseldioxid, sand, kvarts). De är en del av mineralsalter, glimmer, talk, asbest.

Allotropi av kisel.

På kisel Det finns 2 allotropa modifieringar:

Kristallin (ljusgrå kristaller. Strukturen liknar diamantens kristallgitter, där kiselatomen är kovalent bunden till 4 identiska atomer, och är själv i sp3 - hybridisering);

Amorf (brunt pulver, mer aktiv form än kristallin).

kiselegenskaper.

Vid temperatur reagerar kisel med atmosfäriskt syre:

Si + O 2 = SiO 2 .

Om det inte finns tillräckligt med syre (brist), kan följande reaktion ske:

2 Si + O 2 = 2 SiO,

Var SiO- monoxid, som också kan bildas under reaktionen:

Si + SiO 2 = 2 SiO.

Under normala förhållanden kisel kan reagera med F 2 , vid uppvärmning - med Cl 2 . Om temperaturen höjs ytterligare, då Si kommer att kunna interagera med N Och S:

4Si + S8 = 4SiS2;

Si + 2F 2 \u003d SiF 4.

Kisel kan reagera med kol, vilket ger karborundum:

Si + C = Sic.

Kisel är lösligt i en blandning av koncentrerad salpetersyra och fluorvätesyra:

3Si + 4HNO3 + 12HF = 3SiF4 + 4NO + 8H2O.

Kisel löses i vattenlösningar av alkalier:

Si + 2NaOH + H2O \u003d Na2SiO3 + H2.

När det värms upp med oxider blir kisel oproportionerligt:

2 MgO + 3 Si = mg 2 Si + 2 SiO.

När det interagerar med metaller fungerar kisel som ett oxidationsmedel:

2 mg + Si = mg 2 Si.

Applicering av kisel.

Kisel har den största användningen vid tillverkning av legeringar för att ge styrka till aluminium, koppar och magnesium och för framställning av ferrosilicider, som är viktiga vid tillverkning av stål och halvledarteknik. Kiselkristaller används i solceller och halvledarenheter - transistorer och dioder.

Kisel fungerar också som råvara för framställning av organiska kiselföreningar, eller siloxaner, erhållna i form av oljor, smörjmedel, plaster och syntetiska gummin. Oorganiska kiselföreningar används i keramik- och glasteknik som isoleringsmaterial och piezokristaller.

En av de vanligaste grundämnena i naturen är kisel, eller kisel. En sådan bred spridning talar om vikten och betydelsen av detta ämne. Detta förstod och antogs snabbt av människor som lärde sig hur man korrekt använder kisel för sina egna syften. Dess tillämpning är baserad på speciella egenskaper, som vi kommer att prata om senare.

Kisel - kemiskt element

Om vi ​​karakteriserar detta element efter position i det periodiska systemet, kan vi identifiera följande viktiga punkter:

1. Serienumret är 14.
2. Perioden är den tredje lilla.
3. Grupp - IV.
4. Undergruppen är den huvudsakliga.
5. Strukturen hos det yttre elektronskalet uttrycks med formeln 3s 2 3p 2 .
6. Grundämnet kisel representeras av den kemiska symbolen Si, som uttalas "kisel".
7. Oxidationstillstånden den uppvisar är: -4; +2; +4.
8. Valensen för en atom är IV.
9. Atommassan för kisel är 28,086.
10. I naturen finns det tre stabila isotoper av detta element med massnummer 28, 29 och 30.

Ur kemisk synvinkel är således kiselatomen ett tillräckligt studerat grundämne, många av dess olika egenskaper har beskrivits.

Upptäcktshistoria

Eftersom olika föreningar av det aktuella elementet är mycket populära och massiva i innehållet i naturen, använde och visste folk från antiken om egenskaperna hos bara många av dem. Rent kisel förblev under lång tid bortom människans kunskap inom kemi.

De mest populära föreningarna som användes i vardagen och industrin av folken i antika kulturer (egyptier, romare, kineser, ryssar, perser och andra) var ädelstenar och prydnadsstenar baserade på kiseloxid. Dessa inkluderar:

• opal;
• strass;
• topas;
• krysopras;
• onyx;
• kalcedon och andra.

Sedan urminnes tider har det varit brukligt att använda kvarts i byggbranschen. Emellertid förblev elementärt kisel i sig oupptäckt fram till 1800-talet, även om många forskare förgäves försökte isolera det från olika föreningar med hjälp av katalysatorer, höga temperaturer och till och med elektrisk ström. Dessa är så ljusa sinnen som:

• Carl Scheele;
• Gay-Lussac;
• Thenar;
• Humphrey Davy;
• Antoine Lavoisier.

Jens Jacobs Berzelius lyckades erhålla rent kisel 1823. För att göra detta genomförde han ett experiment om fusion av ångor av kiselfluorid och metalliskt kalium. Som ett resultat fick han en amorf modifiering av elementet i fråga. Samma vetenskapsman föreslog ett latinskt namn för den upptäckta atomen.

Lite senare, 1855, lyckades en annan forskare - Saint Clair-Deville - syntetisera en annan allotrop sort - kristallint kisel. Sedan dess började kunskapen om detta element och dess egenskaper växa mycket snabbt. Människor insåg att den har unika egenskaper som kan användas mycket intelligent för att möta deras egna behov. Därför är kisel idag ett av de mest efterfrågade elementen inom elektronik och teknik. Dess användning vidgar bara sina gränser varje år.

Det ryska namnet för atomen gavs av vetenskapsmannen Hess 1831. Det är det som har fastnat till denna dag.

Kisel är det näst vanligaste i naturen efter syre. Dess procentandel i jämförelse med andra atomer i sammansättningen av jordskorpan är 29,5%. Dessutom är kol och kisel två speciella grundämnen som kan bilda kedjor genom att förbindas med varandra. Det är därför mer än 400 olika naturliga mineraler är kända för det senare, i vars sammansättning det finns i litosfären, hydrosfären och biomassan.

Var exakt finns kisel?

1. I djupa lager av jord.
2. I klippor, avlagringar och massiv.
3. På botten av vattendrag, särskilt hav och hav.
4. Hos växter och marina invånare i djurriket.
5. Hos människor och landdjur.

Det är möjligt att beteckna flera av de vanligaste mineralerna och bergarterna, i vilka kisel finns i stora mängder. Deras kemi är sådan att massinnehållet av ett rent element i dem når 75%. Den specifika siffran beror dock på typen av material. Så, stenar och mineraler som innehåller kisel:

• fältspat;
• glimmer;
• amfiboler;
• opaler;
• kalcedon;
• silikater;
• sandstenar;
• aluminiumsilikater;
• lera och andra.

Kisel ackumuleras i skal och yttre skelett hos marina djur och bildar så småningom kraftfulla avlagringar av kiseldioxid på botten av vattendrag. Detta är en av de naturliga källorna till detta element.

Dessutom fann man att kisel kan existera i en ren inhemsk form - i form av kristaller. Men sådana insättningar är mycket sällsynta.

Fysikaliska egenskaper hos kisel

Om vi ​​karakteriserar elementet i fråga med en uppsättning fysikalisk-kemiska egenskaper, så är det först och främst de fysikaliska parametrarna som ska betecknas. Här är några av de viktigaste:

1. Det finns i form av två allotropa modifieringar - amorf och kristallin, som skiljer sig i alla egenskaper.
2. Kristallgittret är mycket likt det för diamant, eftersom kol och kisel är nästan likadana i detta avseende. Avståndet mellan atomerna är dock olika (kisel har mer), så diamanten är mycket hårdare och starkare. Gittertyp - kubisk ansiktscentrerad.
3. Ämnet är mycket skört, vid höga temperaturer blir det plastiskt.
4. Smältpunkten är 1415˚С.
5. Kokpunkt - 3250˚С.
6. Ämnets densitet är 2,33 g/cm 3.
7. Färgen på föreningen är silvergrå, en karakteristisk metallglans uttrycks.
8. Den har goda halvledaregenskaper, som kan variera med tillsats av vissa medel.
9. Olösligt i vatten, organiska lösningsmedel och syror.
10. Speciellt löslig i alkalier.

De angivna fysiska egenskaperna hos kisel gör att människor kan kontrollera det och använda det för att skapa olika produkter. Till exempel är användningen av rent kisel i elektronik baserad på egenskaperna hos halvledning.

Kemiska egenskaper

De kemiska egenskaperna hos kisel är starkt beroende av reaktionsförhållandena. Om vi ​​talar om standardparametrar, måste vi utse en mycket låg aktivitet. Både kristallint och amorft kisel är mycket inerta. De interagerar inte med starka oxidationsmedel (förutom fluor) eller med starka reduktionsmedel.

Detta beror på det faktum att en oxidfilm av SiO 2 omedelbart bildas på ytan av ämnet, vilket förhindrar ytterligare interaktioner. Det kan bildas under påverkan av vatten, luft, ångor.

Om emellertid standardförhållandena ändras och kisel värms upp till en temperatur över 400˚С, kommer dess kemiska aktivitet att öka kraftigt. I det här fallet kommer den att reagera med:

• syre;
• alla typer av halogener;
• väte.

Med ytterligare temperaturökning är bildningen av produkter vid interaktion med bor, kväve och kol möjlig. Av särskild betydelse är karborundum - SiC, eftersom det är ett bra slipmaterial.

De kemiska egenskaperna hos kisel ses också tydligt i reaktioner med metaller. I förhållande till dem är det ett oxidationsmedel, därför kallas produkterna silicider. Liknande föreningar är kända för:

• alkalisk;
• jordalkali;
• övergångsmetaller.

Den förening som erhålls genom att smälta järn och kisel har ovanliga egenskaper. Det kallas ferrokiselkeramik och används framgångsrikt inom industrin.

Kisel interagerar inte med komplexa ämnen, därför kan det av alla deras varianter lösas endast i:

• aqua regia (en blandning av salpetersyra och saltsyra);
• frätande alkalier.

I detta fall bör temperaturen på lösningen vara minst 60 ° C. Allt detta bekräftar än en gång den fysiska grunden för ämnet - ett diamantliknande stabilt kristallgitter, vilket ger det styrka och tröghet.

Hur man får

Att få kisel i sin rena form är en ganska kostsam process ekonomiskt. Dessutom, på grund av dess egenskaper, ger vilken metod som helst endast 90-99% ren produkt, medan föroreningar i form av metaller och kol förblir desamma. Så att bara få i sig substansen räcker inte. Det bör också rengöras kvalitativt från främmande element.

Generellt sett utförs produktionen av kisel på två huvudsakliga sätt:

1. Från vit sand, som är ren kiseloxid SiO 2 . När det kalcineras med aktiva metaller (oftast med magnesium) bildas ett fritt element i form av en amorf modifiering. Renheten hos denna metod är hög, produkten erhålls med ett utbyte på 99,9 procent.
2. En mer utbredd metod i industriell skala är sintring av smält sand med koks i specialiserade termiska ugnar. Denna metod utvecklades av den ryska forskaren N. N. Beketov.

Ytterligare bearbetning består i att utsätta produkterna för reningsmetoder. För detta används syror eller halogener (klor, fluor).

Amorft kisel

Karakteriseringen av kisel kommer att vara ofullständig om var och en av dess allotropa modifieringar inte beaktas separat. Den första är amorf. I detta tillstånd är ämnet vi överväger ett brunbrunt pulver, fint dispergerat. Den har en hög grad av hygroskopicitet, uppvisar en tillräckligt hög kemisk aktivitet vid upphettning. Under standardförhållanden kan den endast interagera med det starkaste oxidationsmedlet - fluor.

Att kalla amorft kisel bara för ett slags kristallint är inte helt korrekt. Dess galler visar att detta ämne bara är en form av fint dispergerat kisel som finns i form av kristaller. Därför är dessa modifikationer som sådana en och samma förening.

Men deras egenskaper skiljer sig åt, och därför är det vanligt att tala om allotropi. I sig självt har amorft kisel en hög ljusabsorptionsförmåga. Dessutom, under vissa förhållanden, är denna indikator flera gånger högre än den för den kristallina formen. Därför används den för tekniska ändamål. I den övervägda formen (pulver) appliceras föreningen lätt på vilken yta som helst, vare sig det är plast eller glas. Därför är det amorft kisel som är så bekvämt att använda. Applikationen baseras på olika storlekar.

Även om slitaget av batterier av denna typ är ganska snabbt, vilket är förknippat med nötning av en tunn film av ämnet, ökar dock användningen och efterfrågan bara. Faktum är att även under en kort livslängd kan solceller baserade på amorft kisel ge energi till hela företag. Dessutom är tillverkningen av ett sådant ämne avfallsfri, vilket gör det mycket ekonomiskt.

Denna modifiering erhålls genom att reducera föreningar med aktiva metaller, till exempel natrium eller magnesium.

Kristallint kisel

Silvergrå glänsande modifiering av elementet i fråga. Det är denna form som är den vanligaste och mest efterfrågade. Detta beror på den uppsättning kvalitativa egenskaper som detta ämne har.

Karakteristiken för kisel med ett kristallgitter inkluderar en klassificering av dess typer, eftersom det finns flera av dem:

1. Elektronisk kvalitet - den renaste och högsta kvaliteten. Det är denna typ som används inom elektronik för att skapa särskilt känsliga enheter.
2. Solkvalitet. Namnet i sig definierar användningsområdet. Det är också ett kisel med hög renhet, vars användning är nödvändig för att skapa högkvalitativa och långvariga solceller. Fotovoltaiska omvandlare skapade på basis av en kristallin struktur är av högre kvalitet och slitstyrka än de som skapas med hjälp av en amorf modifiering genom avsättning på olika typer av substrat.
3. Tekniskt kisel. Denna sort inkluderar de prover av ett ämne som innehåller cirka 98 % av det rena grundämnet. Allt annat går till olika typer av föroreningar:

• aluminium;
• klor;
• kol;
• fosfor och andra.

Den sista varianten av ämnet i fråga används för att erhålla kiselpolykristaller. För detta utförs omkristallisationsprocesser. Som ett resultat, när det gäller renhet, erhålls produkter som kan hänföras till grupperna solenergi och elektronisk kvalitet.

Till sin natur är polykisel en mellanprodukt mellan den amorfa modifieringen och den kristallina. Det här alternativet är lättare att arbeta med, det är bättre bearbetat och rengjort med fluor och klor.

De resulterande produkterna kan klassificeras enligt följande:

• multikisel;
• monokristallin;
• profilerade kristaller;
• kiselskrot;
• tekniskt kisel;
• produktionsavfall i form av fragment och materialrester.

Var och en av dem hittar tillämpning i industrin och används av en person helt. Därför anses de som är relaterade till kisel vara avfallsfria. Detta minskar de ekonomiska kostnaderna avsevärt, utan att det påverkar kvaliteten.

Användningen av rent kisel

Kiselproduktionen i branschen är ganska väl etablerad och dess omfattning är ganska omfattande. Detta beror på det faktum att detta element, både rent och i form av olika föreningar, är utbrett och efterfrågat inom olika grenar av vetenskap och teknik.

Var används kristallint och amorft kisel i sin rena form?

1. Inom metallurgi som en legeringstillsats som kan ändra egenskaperna hos metaller och deras legeringar. Så det används vid smältning av stål och järn.
2. Olika typer av ämnen används för att producera en renare version - polykisel.
3. Kiselföreningar med är en hel kemisk industri som har blivit särskilt populär idag. Silikonmaterial används inom medicin, vid tillverkning av tallrikar, verktyg och mycket mer.
4. Tillverkning av olika solpaneler. Denna metod för att få energi är en av de mest lovande i framtiden. Miljövänlig, kostnadseffektiv och hållbar - de främsta fördelarna med sådan elproduktion.
5. Kisel för tändare har använts väldigt länge. Även i forntida tider använde man flinta för att skapa en gnista när man tände eld. Denna princip ligger till grund för tillverkning av tändare av olika slag. Idag finns det arter där flinta ersätts av en legering av en viss sammansättning, vilket ger ett ännu snabbare resultat (gnistor).
6. Elektronik och solenergi.
7. Tillverkning av speglar i gaslaserapparater.

Således har rent kisel en mängd fördelaktiga och speciella egenskaper som gör att det kan användas för att skapa viktiga och nödvändiga produkter.

Användningen av kiselföreningar

Förutom ett enkelt ämne används också olika kiselföreningar, och mycket brett. Det finns en hel industrigren som heter silikat. Det är hon som är baserad på användningen av olika ämnen, som inkluderar detta fantastiska element. Vilka är dessa föreningar och vad produceras av dem?

1. Kvarts, eller flodsand - SiO 2. Det används för tillverkning av bygg- och dekorativa material som cement och glas. Var dessa material används vet alla. Ingen konstruktion är komplett utan dessa komponenter, vilket bekräftar vikten av kiselföreningar.
2. Silikatkeramik, vilket inkluderar material som fajans, porslin, tegel och produkter baserade på dem. Dessa komponenter används i medicin, vid tillverkning av rätter, dekorativa prydnadsföremål, hushållsartiklar, i konstruktion och andra hushållsområden för mänsklig aktivitet.
3. - silikoner, silikageler, silikonoljor.
4. Silikatlim - används som pappersvaror, inom pyroteknik och konstruktion.

Kisel, vars pris varierar på världsmarknaden, men inte överstiger 100 ryska rubel per kilogram (per kristallin) från topp till botten, är ett eftertraktat och värdefullt ämne. Naturligtvis är föreningar av detta element också utbredda och användbara.

Kiselets biologiska roll

Ur synvinkel av betydelse för kroppen är kisel viktigt. Dess innehåll och distribution i vävnader är som följer:

• 0,002% - muskel;
• 0,000017% - ben;
• blod - 3,9 mg / l.

Varje dag bör ungefär ett gram kisel komma in, annars kommer sjukdomar att börja utvecklas. Det finns inga dödliga bland dem, men långvarig kiselsvält leder till:

• håravfall;
• uppkomsten av akne och finnar;
• skörhet och skörhet hos ben;
• lätt kapillär permeabilitet;
• trötthet och huvudvärk;
• uppkomsten av många blåmärken och blåmärken.

För växter är kisel ett viktigt spårämne som är nödvändigt för normal tillväxt och utveckling. Djurförsök har visat att de individer som konsumerar en tillräcklig mängd kisel dagligen växer bättre.

Som ett oberoende kemiskt element blev kisel känt för mänskligheten först 1825. Vilket naturligtvis inte hindrade användningen av kiselföreningar i så många sfärer att det är lättare att lista de där grundämnet inte används. Den här artikeln kommer att belysa de fysikaliska, mekaniska och användbara kemiska egenskaperna hos kisel och dess föreningar, applikationer, och vi kommer också att prata om hur kisel påverkar egenskaperna hos stål och andra metaller.

Till att börja med, låt oss uppehålla oss vid de allmänna egenskaperna hos kisel. Från 27,6 till 29,5% av massan av jordskorpan är kisel. I havsvatten är koncentrationen av elementet också rättvis - upp till 3 mg / l.

När det gäller prevalensen i litosfären upptar kisel den andra hedersplatsen efter syre. Dess mest välkända form, kiseldioxid, är dock en oxid, och det är just dess egenskaper som har blivit grunden för en så bred tillämpning.

Den här videon kommer att berätta vad kisel är:

Koncept och funktioner

Kisel är en icke-metall, men kan under olika förhållanden uppvisa både sura och basiska egenskaper. Det är en typisk halvledare och används extremt flitigt inom elektroteknik. Dess fysikaliska och kemiska egenskaper bestäms till stor del av det allotropa tillståndet. Oftast handlar de om den kristallina formen, eftersom dess kvaliteter är mer efterfrågade i den nationella ekonomin.

• Kisel är ett av de grundläggande makronäringsämnena i människokroppen. Dess brist har en skadlig effekt på tillståndet för benvävnad, hår, hud, naglar. Dessutom påverkar kisel immunsystemets prestanda.
• Inom medicinen fann elementet, eller snarare dess föreningar, sin första användning i denna egenskap. Vatten från brunnar klädda med flinta var inte bara rent, utan hade också en positiv effekt på motståndskraften mot infektionssjukdomar. Idag fungerar föreningar med kisel som grund för läkemedel mot tuberkulos, åderförkalkning och artrit.
• I allmänhet är en icke-metall inaktiv, men det är svårt att hitta den i sin rena form. Detta beror på att det i luft snabbt passiveras av ett lager av dioxid och slutar att reagera. Vid upphettning ökar den kemiska aktiviteten. Som ett resultat är mänskligheten mycket mer bekant med materiens sammansättningar, och inte med sig själv.

Så, kisel bildar legeringar med nästan alla metaller - silicider. Alla kännetecknas av sin eldfasthet och hårdhet och används inom sina respektive områden: gasturbiner, ugnsvärmare.

En icke-metall placeras i tabellen för D. I. Mendeleev i grupp 6 tillsammans med kol, germanium, vilket indikerar en viss gemensamhet med dessa ämnen. Så med kol är det "gemensamt" med förmågan att bilda föreningar av den organiska typen. Samtidigt kan kisel, liksom germanium, uppvisa egenskaperna hos en metall i vissa kemiska reaktioner, som används i syntesen.

Fördelar och nackdelar

Liksom alla andra substanser när det gäller tillämpning i den nationella ekonomin, har kisel vissa användbara eller inte särskilt mycket egenskaper. De är viktiga för att bestämma användningsområdet.

• En betydande fördel med ämnet är dess tillgänglighet. I naturen är det dock inte i fri form, men ändå är tekniken för att få fram kisel inte så komplicerad, även om den är energikrävande.
• Den näst viktigaste fördelen är multipel föreningsbildning med extraordinära förmåner. Dessa är silaner, och silicider, och dioxid och, naturligtvis, olika silikater. Förmågan hos kisel och dess föreningar att bilda komplexa fasta lösningar är praktiskt taget oändlig, vilket gör det möjligt att oändligt få en mängd olika varianter av glas, sten och keramik.
• Halvledaregenskaper icke-metall ger honom en plats som basmaterial inom el- och radioteknik.
• Icke-metall är giftfri, som tillåter tillämpning i alla branscher, och samtidigt inte förvandlar den tekniska processen till en potentiellt farlig.

Nackdelarna med materialet inkluderar endast relativ sprödhet med god hårdhet. Kisel används inte för bärande strukturer, men denna kombination gör det möjligt att korrekt bearbeta ytan av kristaller, vilket är viktigt för instrumentering.

Låt oss nu prata om de viktigaste egenskaperna hos kisel.

Egenskaper och egenskaper

Eftersom kristallint kisel oftast används i industrin är det just dess egenskaper som är viktigare, och det är de som anges i de tekniska specifikationerna. De fysikaliska egenskaperna hos ett ämne är:

• smältpunkt - 1417 C;
• kokpunkt - 2600 C;
• densiteten är 2,33 g/cu. se, vilket tyder på bräcklighet;
• värmekapacitet, såväl som värmeledningsförmåga, är inte konstanta även på de renaste proverna: 800 J / (kg K), eller 0,191 cal / (g grader) och 84-126 W / (m K), eller 0,20-0, 30 cal/(cm sek grader), respektive;
• transparent för långvågig infraröd strålning, som används i infraröd optik;
• dielektrisk konstant - 1,17;
• hårdhet på Mohs-skalan - 7.

De elektriska egenskaperna hos en icke-metall är starkt beroende av föroreningar. Inom industrin används denna funktion genom att modulera önskad typ av halvledare. Vid normala temperaturer är kisel sprött, men vid upphettning över 800 C är plastisk deformation möjlig.

Egenskaperna hos amorft kisel är slående olika: det är mycket hygroskopiskt och reagerar mycket mer aktivt även vid normala temperaturer.

Strukturen och kemiska sammansättningen, såväl som egenskaperna hos kisel, diskuteras i videon nedan:

Sammansättning och struktur

Kisel finns i två allotropa former, lika stabila vid normal temperatur.

• Kristall Det ser ut som ett mörkgrått pulver. Ämnet, även om det har ett diamantliknande kristallgitter, är skört – på grund av den för långa bindningen mellan atomerna. Av intresse är dess halvledaregenskaper.
• Vid mycket höga tryck kan du få hexagonal modifiering med en densitet på 2,55 g / cu. se Emellertid har denna fas ännu inte funnit praktisk betydelse.
• Amorf- Brunt pulver. Till skillnad från den kristallina formen reagerar den mycket mer aktivt. Detta beror inte så mycket på den första formens tröghet, utan på det faktum att ämnet i luften är täckt med ett lager av dioxid.

Dessutom är det nödvändigt att ta hänsyn till en annan typ av klassificering i samband med storleken på kiselkristallen, som tillsammans bildar ett ämne. Kristallgittret innebär, som bekant, ordningen inte bara av atomer, utan också av strukturerna som dessa atomer bildar - den så kallade långdistansordningen. Ju större den är, desto mer homogen blir ämnet i egenskaper.

• monokristallin– provet är en enkristall. Dess struktur är så ordnad som möjligt, egenskaperna är homogena och väl förutsägbara. Det är detta material som är mest efterfrågat inom elektroteknik. Men det tillhör också den dyraste typen, eftersom processen att erhålla den är komplicerad och tillväxthastigheten är låg.
• Multikristallin– provet består av ett antal stora kristallina korn. Gränserna mellan dem bildar ytterligare defekta nivåer, vilket minskar provets prestanda som halvledare och leder till snabbare slitage. Tekniken för att odla en multikristall är enklare, och därför är materialet billigare.
• Polykristallin- består av ett stort antal korn placerade slumpmässigt i förhållande till varandra. Detta är den renaste varianten av industriellt kisel, som används i mikroelektronik och solenergi. Ganska ofta används det som råmaterial för att odla multi- och enkristaller.
• Amorft kisel intar också en separat position i denna klassificering. Här upprätthålls ordningen på atomerna endast på de kortaste avstånden. Men inom elektroteknik används det fortfarande i form av tunna filmer.

Icke-metallproduktion

Det är inte så lätt att erhålla rent kisel, med tanke på inertheten hos dess föreningar och den höga smältpunkten för de flesta av dem. Inom industrin används oftast koldioxidreduktion. Reaktionen utförs i ljusbågsugnar vid en temperatur av 1800 C. Således erhålls en icke-metall med en renhet på 99,9%, vilket inte är tillräckligt för dess användning.

Det resulterande materialet kloreras för att erhålla klorider och hydroklorider. Sedan renas föreningarna med alla möjliga metoder från föroreningar och reduceras med väte.

Det är också möjligt att rena ämnet genom att erhålla magnesiumsilicid. Siliciden utsätts för inverkan av saltsyra eller ättiksyra. Silan erhålls, och den senare renas med olika metoder - sorption, rektifiering och så vidare. Därefter sönderdelas silanen till väte och kisel vid en temperatur av 1000 C. I detta fall erhålls ett ämne med en föroreningsfraktion på 10 -8 -10 -6 %.

Substansanvändning

För industrin är de elektrofysiska egenskaperna hos icke-metall av största intresse. Dess enkristallform är en halvledare med indirekt gap. Dess egenskaper bestäms av föroreningar, vilket gör det möjligt att erhålla kiselkristaller med önskade egenskaper. Så tillsatsen av bor, indium gör det möjligt att odla en kristall med hålledningsförmåga och införandet av fosfor eller arsenik - en kristall med elektronisk ledningsförmåga.

• Kisel fungerar bokstavligen som grunden för modern elektroteknik. Transistorer, fotoceller, integrerade kretsar, dioder och så vidare är gjorda av det. Dessutom bestäms anordningens funktionalitet nästan alltid endast av kristallens yta nära ytan, vilket leder till mycket specifika krav på ytbehandling.
• Inom metallurgin används tekniskt kisel både som legeringsmodifierare - det ger större hållfasthet, och som komponent - i till exempel och som deoxidationsmedel - vid tillverkning av gjutjärn.
• Ultraren och raffinerad metallurgisk utgör grunden för solenergi.
• Icke-metalldioxid förekommer i naturen i mycket olika former. Dess kristallina sorter - opal, agat, karneol, ametist, bergkristall, har hittat sin plats i smycken. Modifieringar som inte är så attraktiva i utseende - flinta, kvarts, används i metallurgi och i konstruktion och inom radioelektroteknik.
• Föreningen av en icke-metall med kol - karbid, används inom metallurgi, vid instrumenttillverkning och i den kemiska industrin. Det är en halvledare med breda gap, kännetecknad av hög hårdhet - 7 på Mohs-skalan och styrka, vilket gör att den kan användas som ett slipmaterial.
• Silikater - det vill säga salter av kiselsyra. Instabil, lätt nedbrytbar under påverkan av temperatur. De är anmärkningsvärda genom att de bildar många och varierande salter. Men de senare är grunden för tillverkning av glas, keramik, fajans, kristall och. Vi kan säkert säga att modern konstruktion är baserad på en mängd olika silikater.
• Glas representerar det mest intressanta fallet här. Det är baserat på aluminosilikater, men obetydliga föroreningar av andra ämnen - oftast oxider - ger materialet en mängd olika egenskaper, inklusive färg. -, lergods, porslin, faktiskt, har samma formel, men med ett annat förhållande av komponenter, och dess mångfald är också fantastisk.
• En icke-metall har en annan förmåga: den bildar föreningar av koltyp, i form av en lång kedja av kiselatomer. Sådana föreningar kallas kiselorganiska föreningar. Omfattningen av deras tillämpning är inte mindre känd - dessa är silikoner, tätningsmedel, smörjmedel och så vidare.

Kisel är ett mycket vanligt grundämne och är oerhört viktigt inom många delar av samhällsekonomin. Dessutom används inte bara själva ämnet aktivt, utan alla dess olika och många föreningar.

Den här videon kommer att prata om egenskaperna och tillämpningarna av kisel:

Alla namn på kemiska grundämnen kommer från det latinska språket. Detta är nödvändigt, först och främst, så att forskare från olika länder kan förstå varandra.

Kemiska tecken på grundämnen

Grundämnen betecknas vanligtvis med kemiska tecken (symboler). På förslag av den svenske kemisten Berzelius (1813) betecknas kemiska grundämnen med initialen eller initialen och en av de efterföljande bokstäverna i det latinska namnet på detta grundämne; Den första bokstaven är alltid stor, den andra gemen. Till exempel betecknas väte (väte) med bokstaven H, syre (syre) med bokstaven O, svavel (svavel) med bokstaven S; kvicksilver (Hydrargyrum) - med bokstäverna Hg, aluminium (Aluminium) - Al, järn (Ferrum) - Fe, etc.

Ris. 1. Tabell över kemiska grundämnen med namn på latin och ryska.

Ryska namn på kemiska grundämnen är ofta latinska namn med modifierade ändelser. Men det finns också många element vars uttal skiljer sig från den latinska källan. Dessa är antingen inhemska ryska ord (till exempel järn) eller ord som är en översättning (till exempel syre).

Kemisk nomenklatur

Kemisk nomenklatur - det korrekta namnet på kemikalier. Det latinska ordet nomenclatura översätts som "en lista med namn, titlar"

I ett tidigt skede av kemins utveckling gavs godtyckliga, slumpmässiga namn (trivialnamn) till ämnen. Flyktiga vätskor kallades alkoholer, de inkluderade "saltalkohol" - en vattenlösning av saltsyra, "silitry alkohol" - salpetersyra, "ammoniakalkohol" - en vattenlösning av ammoniak. Oljiga vätskor och fasta ämnen kallades oljor, till exempel kallades koncentrerad svavelsyra "vitriololja", arsenikklorid - "arsenikolja".

Ibland uppkallades ämnen efter sin upptäckare, till exempel "Glaubers salt" Na 2 SO 4 * 10H 2 O, upptäckt av den tyske kemisten I. R. Glauber på 1600-talet.

Ris. 2. Porträtt av I. R. Glauber.

De gamla namnen kunde indikera smak av ämnen, färg, lukt, utseende, medicinsk effekt. Ett ämne hade ibland flera namn.

I slutet av 1700-talet var inte mer än 150-200 föreningar kända för kemister.

Det första systemet med vetenskapliga namn inom kemi utvecklades 1787 av en kommission av kemister under ledning av A. Lavoisier. Lavoisiers kemiska nomenklatur fungerade som grunden för skapandet av nationella kemiska nomenklaturer. För att kemister från olika länder ska förstå varandra måste nomenklaturen vara enhetlig. För närvarande är konstruktionen av kemiska formler och namn på oorganiska ämnen föremål för ett system av nomenklaturregler som skapats av en kommission från International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Varje ämne representeras av en formel, i enlighet med vilken det systematiska namnet på föreningen är uppbyggt.

Ris. 3. A. Lavoisier.

Vad har vi lärt oss?

Alla kemiska grundämnen har latinska rötter. Latinska namn på kemiska grundämnen är allmänt accepterade. På ryska överförs de med hjälp av spårning eller översättning. dock har vissa ord en ursprunglig rysk betydelse, som koppar eller järn. Kemisk nomenklatur är föremål för alla kemiska ämnen som består av atomer och molekyler. för första gången utvecklades systemet med vetenskapliga namn av A. Lavoisier.

Ämnesquiz

Rapportutvärdering

Genomsnittligt betyg: 4.2. Totalt antal mottagna betyg: 768.